• Главная
• Блог
• Полезное
• Температуры плавления металлов и сплавов

Температуры плавления металлов и сплавов

Рейтинг: 4.6

Время прочтения: 16 мин

• Полезное

Что такое температура плавления металла

Температура плавления (ТП) – это показатель, который обозначает переход из твердого состояния в жидкое. Для металлов это крайне важно, определяющий их поведение при нагревании и использовании в различных приложениях. Значение варьируется в зависимости от типа металла. Например:

1. Золото (Au): 1064 °C.
2. Серебро (Ag): 961.8 °C.
3. Медь (Cu): 1085 °C.
4. Железо (Fe): 1538 °C.
5. Алюминий (Al): 660.3 °C.

Температуру плавления определяют несколькими методами. Классический – это нагревание образца в печи с контролируемыми параметрами, и измерение термометром значения, при котором металл переход в жидкое агрегатное состояние.

Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) фиксирует тепловые изменения, происходящие при плавлении. Образец нагревается с постоянной скоростью, и регистрируется тепло, которое поглощается или выделяется во время перехода между состояниями металла. В некоторых случаях актуально использовать простое наблюдение за изменением состояния образца в процессе нагрева.

Температура плавления зависит от разных факторов. Например:

1. Чистота – примеси в металле понижают или повышают температурный порог. 
2. Особенности кристаллической структуры образца. 
3. Состав сплавов, вид и процент легирующих материалов влияет на скорость перехода из твердого в жидкое состояние.

Температура плавления – это ключевой параметр для понимания поведения металлов при нагревании и их применения в различных отраслях.

Зачем знать температуру плавления металла

Знание этого параметра крайне важно для большинства областей науки и техники. 

Например, при литье и формовке важно заранее определить температуру плавления, чтобы создать заготовку или конечное изделие. В процессе литья критически важно точно контролировать температурный режим, чтобы избежать дефектов.

В сварочных работах знание этого параметра важно для правильного выбора режима нагрева, чтобы избежать перегрева или недогрева соединяемых материалов.

Мнение эксперта

Знание ТП помогает инженерам выбирать нужные материалы для конкретных условий эксплуатации. Например, для высокотемпературных приложений (например, в авиации или космической технике) необходимы металла с повышенной устойчивостью к термическому воздействию. При создании сплавов также важно определять ТП, чтобы получить на выходе материал с заданными свойствами (прочность, стойкость к коррозии, пластичность).

Редакция Эксперт Е-Металл

Знание температуры плавки важно в процессе термообработки, например, закалке или отжиге, чтобы эффективно менять механические свойства металла. Параметр не менее важен при восстановлении и повторном использовании материалов в процессе рециркуляции.

При проектировании оборудования и конструкций важно знать термический порог металла, чтобы заранее просчитать риски и избежать деформации материала в рабочем режиме. В физике и химии материалов ТП важны для изучения свойств материалов, их структурных изменений и фазовых переходов, при разработке новых сплавов и композитов.

Температура плавления металлов и сплавов – это основополагающее знание для многих промышленных процессов, выбора материалов, обеспечения безопасности и научных исследований.

Классификация металлов по температуре плавления

В зависимости от температурного порога, металлы делятся на несколько категорий. У легкоплавких материалов ТП ниже 400 °C. Это актуально для:

1. Ртути (Hg) – -38,83 °C. Единственный металл, который находится в жидком состоянии при комнатной температуре.
2. Свинца (Pb) – 327,5 °C. Используется в аккумуляторах и для защиты от радиации.
3. Висмута (Bi) – 271,4 °C. Материал актуален в сплавах и для производства некоторых медицинских препаратов.
4. Таллия (Tl) – 304 °C. Применим в оптике и электронике.

Легкоплавкие металлы часто используются в производстве сплавов, а также в термопарах, припоев.

У среднеплавких металлов температура плавления от 400 °C до 1000 °C. У алюминия, например, это 660,3 °C. Изделия актуальны в строительстве, авиации и упаковке. У медных сплавов (например, бронза, латунь) ТП зависит от состава, но обычно находится в пределах 800-1000 °C. Цинк, использующийся для цинкования стали и производства сплавов, этот показатель на уровне 419,5 °C. 

Среднеплавкие материалы актуальны в строительстве, автомобилестроении, электронике. 

Температура плавления тугоплавких сплавов выше 1000 °C. У железа это 1538 °C, у титана – 1668 °C, у никеля – 1455 °C, у вольфрама 3422 °C. Поэтому его используются в создании лампочек и в создании высокотемпературных сплавов.

Тугоплавкие металлы крайне важны в механизмах, работающих под высокой механической нагрузкой. Ниже собрали небольшую таблицу с расчетной и экспериментальной температурой плавления отдельных металлов 

Классификация металлов по температуре плавления помогает определить их применение и свойства. Легкоплавкие металлы используются в низкотемпературных процессах, среднеплавкие – в строительстве и производстве, а тугоплавкие – в условиях высокого температурного режима эксплуатации.

Методы измерения температур плавления и кипения металлов

Для точного определения физической величина в лабораторных условиях используют специализированное оборудование. На 2025 год существует несколько подходов для измерения температуры плавления и кипения:

1. Термический анализ – специалисты регистрируют кривую охлаждения заготовки. Так как при кристаллизации выделяется тепло, которое замедляет процесс охлаждения, можно определить точки солидуса и ликвидуса для конкретного сплава.
2. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) – в лаборатории сравнивают количества тепла, нужного для нагрева образца с эталоном. Таким же способом намного много определять фазовые переходы в сталях.
3. Визуальные методы – лаборант просто наблюдает за нагревом сплава и фиксирует момент старта плавления. Этот способ менее точен, но прост в освоении.
4. Металлографический анализ определяет начало и конец плавления за счет изучения структуры сплава.
5. Высокотемпературная рентгенография предполагает наблюдение за изменениями кристаллической структуры заготовки при нагреве.

Чтобы гарантировать приемлемый уровень точности измерений и нивелировать влияние погрешностей, используют специализированные термопары и оптические пирометры.

Расчет температуры плавления металлов 

Рассчитать ТП конкретного металла можно разными экспериментальными и теоретическими методами. 

Для этого есть модель свободной энергии Гиббса, когда термический параметр определяется через изменение свободной энергии Гиббса (G) между твердой и жидкой фазами:

Δ G = G_(жидкость) — G_(твердое) = 0

При равновесии между твердой и жидкой фазами свободная энергия не изменяется, и это позволяет установить уравнение для температуры плавления (Tₘ):

Tₘ = Δ H_f / Δ S_f

где Δ H_f – энтальпия плавления (изменение энтальпии при переходе из твердого состояния в жидкое), а Δ S_f – изменение энтропии (изменение беспорядка системы при плавлении).

Еще есть уравнение Клаузиуса-Клапейрона. Уравнение связывает изменение давления и температуры для фазового перехода:

dP / dT = L / T Δ V

где:

• L – теплота плавления,
• T – температура,
• Δ V – изменение объема при переходе из твердого состояния в жидкое.

Для примера рассчитаем температуру плавления свинца (Pb), используя известные значения. Энтальпия плавления свинца (Δ H_f) = 4,8 кДж/моль (или 4800 Дж/моль), а изменение энтропии (Δ S_f) = 13,3 Дж/(моль·К). 

Подставим данные в формулу:

Tₘ = Δ H_f / Δ S_f = 4800 Дж/моль / 13,3 Дж/(моль·К} ≈ 360,9К

Экспериментально ТП свинца около 327,5 °C (или 600,65 K). Полученное значение (360,9 K) отличается, что связано с упрощениями в модели и предположениями о идеальных условиях.

На данной странице представлена таблица температуры плавления металлов и сплавов при нормальном атмосферном давлении.

В технической литература также есть сводная таблица с видами и марками стали и соответствующей температурой плавления в градусах Цельсия.

Мнение эксперта

Рассчитать температуры плавления металлов можно разными теоретическими моделями и уравнениями. Однако для точного определения лучше использовать экспериментальные данные. Учтите, что реальные условия могут влиять на результаты расчетов.

Редакция Эксперт Е-Металл

Попробуйте ИИ поиск

Еще больше металлобаз.
Автоматический поиск.

Попробовать бесплатно

Редакция E-metall Автор материала

Перейти на страницу автора

Вам может быть интересно

Пищевая сталь – это: полный гид по выбору, маркам и применению

, 06.11.2025

Старт «Металл-Экспо’2025» — ровно через две недели!

Новости металлопроката, 28.10.2025

Сталь 09Г2С: характеристики, свойства и применение низколегированного конструкционного сплава

Полезное, 16.10.2025

Показать больше материалов